連續(xù)介質模型也稱圍巖一結構模型。按連續(xù)介質力學原理及變形協(xié)調條件分別計算襯砌與圍巖中的內力,并據以驗算地層的穩(wěn)定性和進行結構截面設計。
圍巖一結構模型又稱為現(xiàn)代的巖體力學模型。它是將支護結構與圍巖視為一個整體,作為共同承載的地下結構體系,故也稱復合整體模型。在這個模型中,圍巖是直接的承載單元,支護結構是鑲嵌在圍巖孑L洞上的承載環(huán),只是用來約束和限制圍巖的變形,兩者共同作用的結果是使支護結構體系達到平衡狀態(tài)。這一點正好和上述模型相反。
圍巖一結構模型是目前隧道結構體系設計中力求采用的或正在發(fā)展的模型,因為它符合當前的施工技術水平。采用快速和早強的支護技術可以限制圍巖的變形,從而阻止圍巖松動壓力的產生。特別適用于新奧法施工的支護結構——錨噴支護和復合式襯砌。
在圍巖一結構模型中,可以考慮各種幾何形狀、圍巖和支護材料的非線性特性、開挖面空間效應所形成的三維狀態(tài),以及地質中不連續(xù)面等。在這個模型中,只有對圓形結構取得了精確的解析解,但絕大部分問題因數(shù)學上的困難必須依賴數(shù)值方法,所以,目前常用的魏值計算法中主要是以有限單元法( FEM)為主。
收斂一約束法嚴格地說來也應是連續(xù)介質力學的計算方法之一。其原理是按彈塑一黏性理論等推導公式后,在以洞周位移為橫坐標、支護阻力為縱坐標的坐標平面內繪出表示地層受力變形特征的洞周收斂線,并按結構力學原理在同一坐標平面內繪出表示襯砌結構受力變形特征的支護約束線。得出以上2條曲線的交點,根據交點處表示的支護阻力值進行襯砌結構設計。
軟巖地下洞室、大跨度地下洞室和特殊洞形的地下洞室的設計較適于采用收斂一約束法。然而,由于收斂一約束法的計算原理尚待進一步研究和完善,目前一般僅按照量測的洞周收斂值進行反饋和監(jiān)控,以指導地下結構的設計與施工。因為地層變形能夠綜合反映影響地下結構受力的各種因素,可以預見,收斂一約束模型今后將獲得很快地發(fā)展。
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